Viden

Styrke refererer til et metallisk materiales evne til at modstå plastisk deformation og brud under påvirkning af ydre kraft. For eksempel er trækstyrke, trykstyrke, bøjningsstyrke og forskydningsstyrke alle typer styrke.

Duktilitet refererer til et metallisk materiales evne til at absorbere energien fra plastisk deformation før brud. Den måler mængden af ​​energi, der kræves for, at et materiale med revner kan gennemgå brud. Slagsejhed og brudsejhed er eksempler på duktilitet. Jo mere duktilt et materiale er, jo mere energi kræves der for at få revneudbredelsen til at bryde.

 

Fig. 1 Kort over den ultimative trækstyrke vs. duktilitet over HEA'er i forhold til konventionelle legeringer. SS, AHSS og TRIP repræsenterer henholdsvis rustfrit stål, avanceret højstyrkestål og transformationsinduceret plasticitet (Progress in Materials Science 136 (2023) 101106)

 

Fig. 2. Ashby-plot af brudsejhed vs. flydespænding af HEA'er i sammenhæng med konventionelle legeringer/metaller. De stiplede linjer afspejler størrelsen af ​​proceszonen ved revnespidsen （Progress in Materials Science 136 (2023) 101106）

Metoder til at forbedre styrken af ​​metalmaterialer:

Solid opløsning styrkelse: Legeringselementer opløses i matrixmetallet for at forårsage en vis grad af gitterforvrængning, hvorved legeringens styrke øges. De påvirkningsfaktorer omfatter atomfraktionen af ​​de opløste atomer, forskellen i atomstørrelse, typen (interstitielle opløste atomer er mere effektive end substitutionsatomer) og forskellen i valenselektroner mellem de opløste atomer og matrixmetallet.

Arbejdshærdning (deformationsforstærkning): Med stigningen i kold deformationsgrad øges styrken og hårdheden af ​​metalmaterialet, men plasticiteten og sejheden falder. Princippet er, at dislokationer krydser, reagerer, formerer sig osv., hvilket øger modstanden mod dislokationsbevægelser. Kolde deformationsmetoder såsom koldpresning, valsning og snavsning kan anvendes.

Finkornsforstærkning: Metalmaterialets mekaniske egenskaber forbedres ved at forfine kornstørrelsen. Princippet er, at fine korn, når de deformeres under ydre kraft, kan spredes i flere korn, hvilket resulterer i mere ensartet plastisk deformation, mindre spændingskoncentration og større korngrænser, som er ugunstige for sprækkeudbredelse. Metoder omfatter forøgelse af underafkølingsgraden, normalisering af behandling, vibration og omrøring og styring af deformationsgraden og udglødningstemperaturen af ​​det kolddeformerede metal. Legeringselementer kan også tilsættes stål for at hæmme kornvækst.

Anden fase styrkelse: Når andre faser er ensartet fordelt som fine og dispergerede partikler i matrixfasen, frembringer de betydelige styrkende virkninger. Det er opdelt i den styrkende virkning af ikke-deformerbare partikler (væltemekanisme) og styrkende virkning af deformerbare partikler (skæremekanisme). Diffusionsforstærkning og nedbørsforstærkning er særlige tilfælde af andenfaseforstærkning.

Styrkelse af fasetransformation: Gennem visse processer undergår metalmaterialets faser eller strukturer transformation for at frembringe styrkende effekter. Den kombinerer de styrkende virkninger af styrkelse af fast opløsning, forstærkning af nedbør og finkornet forstærkning. For eksempel i stål er martensitten dannet under bratkøling en overmættet fast opløsning, med en stærk fast opløsning styrkende effekt, og dislokationstætheden i martensit er høj med en dislokationsforstærkende effekt. Dens bundtorientering er anderledes og fin, med en finkornet styrkende effekt. Efter bratkøling opvarmes martensit, og et stort antal fine og dispergerede carbider kan udfældes, hvilket genererer anden fase forstærkning.

Styrkelse af korngrænsen: Tilsætning af spormængder af overfladeaktive elementer, såsom bor og sjældne jordarters elementer, til stål, hvilket får den indre adsorption til at koncentrere sig ved korngrænserne, kan betydeligt forbedre stålets krybegrænse og ultimative styrke. Essensen af ​​korngrænseforstærkning er korngrænsens hæmmende virkning på bevægelsen af ​​dislokationer. Jo mindre kornstørrelse og jo flere korngrænser, jo større er den hæmmende effekt, og jo bedre er den styrkende effekt. Samtidig kan det også forbedre stålets sejhed.

Metoder til at forbedre sejheden af ​​metalmaterialer:

Sammensætning og struktur design:

Legering: Tilføjelse af forskellige elementer eller forbindelser for at justere sammensætningen og strukturen af ​​materialet, såsom tilsætning af legeringselementer som C, Mn, Ni, Cr, Mo, V osv. i stål.

Styring af kornstørrelse: Generelt gælder det, at jo mindre kornstørrelse, jo højere sejhed.

Interface design: Rimelig udformning af grænsefladerne i metalmaterialets mikrostruktur, såsom overfladebehandling og tilføjelse af kompositfaser.

Forarbejdning og varmebehandling:

Kolde deformationsbehandling: Ændring af metalmaterialets mikrostruktur og kornstørrelse for at forbedre sejhed og plasticitet.

Varmebehandling: Herunder udglødning, normalisering, bratkøling osv. For stål kan normaliseringsbehandling øge dets styrke og sejhed og reducere skørhed; forberedelse af nanokrystallinske metalmaterialer, på grund af deres lille størrelse og høje grænsefladetæthed, udviser fremragende mekaniske egenskaber og fremragende sejhed.

Fig. 3. Sammenligning af (a) forlængelse vs. trækstyrke og (b) forlængelse vs. flydespænding af HEA'er i sammenhæng med andre konventionelle materialer[. DPHL-dobbeltfaset heterogen lamel.

Metoder til samtidig forbedring af styrke og sejhed:

Ved omfattende at anvende de førnævnte forstærkningsmekanismer og metoder, såsom optimering af mikrostrukturen og egenskaberne gennem kontrol af materialernes sammensætning og forarbejdningsteknikker, for eksempel kontrol af indholdet af legeringselementer og valg af passende varmebehandlingsprocesser; vedtagelse af designet af kompositmaterialer eller flerfasede materialer for at opnå kombinationen af ​​styrke og sejhed; anvendelse af overfladebehandlings- eller belægningsteknologier for at forbedre materialernes overfladestyrke og sejhed. Specifikke metoder kan vælges ud fra faktiske behov og materialeegenskaber. Samtidig skal det bemærkes, at styrke og sejhed ofte har visse modsætninger. Mens styrken øges, bør der gøres en indsats for at undgå overdreven reduktion af sejheden. Desuden kan forskellige forstærkningsmetoder have forskellig effekt på forskellige styrkeindikatorer, og specifikke situationer kræver udvælgelse og justering.

Hvis du har spørgsmål, efterspørgsel, udvikling af dele eller forbedre din forsyningskæde, er du velkommen til at kontakte os på info@castings-forging.com